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Plano de Ensino de Equações Diferenciais: Modelagem Matemática de Fenômenos Físicos, Exercícios de Resistência dos materiais

O plano de ensino da disciplina de equações diferenciais, que aborda o processo de criar modelos matemáticos para prever o comportamento futuro de fenômenos físicos usando equações diferenciais. Além disso, aborda a resolução de problemas envolvendo taxas de variação, representação de funções como somas de séries, e solução de equações diferenciais em série de potência. O documento detalha os objetivos, conteúdo e métodos de ensino, além de fornecer uma bibliografia complementar.

Tipologia: Exercícios

2021

Compartilhado em 11/03/2021

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marcos-junior-cph 🇧🇷

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Plano de Ensino
5EQDE
Equações Diferenciais
60.0 horas
Ementa
Ao final desta disciplina, o aluno estará capacitado a criar modelos matemáticos no formato de
uma equação diferencial para predizer o comportamento futuro de um fenômeno físico; resolver
problemas que envolvam taxas de variação, relacionados com física, engenharia e áreas afins,
utilizando equações diferenciais; elaborar projetos nas diversas áreas de engenharia a partir de
soluções de equações diferenciais ordinárias; representar funções que surgem na física,
matemática e química como somas de séries para analisar fenômenos físicos; solucionar uma
equação diferencial em série de potência, a fim de analisar e resolver problemas de engenharia.
O processo de aprendizagem será desenvolvido mediante aulas expositivas dialogadas, aulas
práticas e debates sobre temas previamente selecionados e seminários. A avaliação da
aprendizagem será processual, realizada por meio de provas, elaboração de trabalhos e
acompanhamento da efetiva participação do aluno nas atividades programadas.
Objetivos
1. Criar modelos matemáticos no formato de uma equação diferencial para predizer o
comportamento futuro de um fenômeno físico.
2. Resolver problemas que envolvam taxas de variação, relacionados com física, engenharia e
áreas afins, utilizando equações diferenciais.
3. Elaborar projetos nas diversas áreas de engenharia a partir de soluções de equações
diferenciais ordinárias.
4. Representar funções que surgem na física, matemática e química como somas de séries para
analisar fenômenos físicos.
5. Solucionar uma equação diferencial em série de potência, a fim de analisar e resolver
problemas de engenharia.
Conteúdo
1. Equações diferenciais ordinárias: definição; classificação quanto à ordem, grau e linearidade,
solução - classificação (geral, particular e singular) e interpretação geométrica. Problemas de
valor inicial (PVI).
2. Equações diferenciais de 1ª ordem: existência e unicidade da solução de uma equação
diferencial; tipos e soluções: equação diferencial a variáveis separadas, equação diferencial a
variáveis separáveis e equação diferencial homogênea.
3. Equações diferenciais de 1ª ordem: equação diferencial ordinária exata e equação diferencial
ordinária linear - EDO linear homogênea e EDO linear não homogênea (solução pelo Método do
Fator Integrante).
4. Equações diferenciais ordinária não lineares que podem ser transformadas em equações
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Plano de Ensino

5EQDE

Equações Diferenciais

60.0 horas Ementa Ao final desta disciplina, o aluno estará capacitado a criar modelos matemáticos no formato de uma equação diferencial para predizer o comportamento futuro de um fenômeno físico; resolver problemas que envolvam taxas de variação, relacionados com física, engenharia e áreas afins, utilizando equações diferenciais; elaborar projetos nas diversas áreas de engenharia a partir de soluções de equações diferenciais ordinárias; representar funções que surgem na física, matemática e química como somas de séries para analisar fenômenos físicos; solucionar uma equação diferencial em série de potência, a fim de analisar e resolver problemas de engenharia. O processo de aprendizagem será desenvolvido mediante aulas expositivas dialogadas, aulas práticas e debates sobre temas previamente selecionados e seminários. A avaliação da aprendizagem será processual, realizada por meio de provas, elaboração de trabalhos e acompanhamento da efetiva participação do aluno nas atividades programadas. Objetivos

  1. Criar modelos matemáticos no formato de uma equação diferencial para predizer o comportamento futuro de um fenômeno físico.
  2. Resolver problemas que envolvam taxas de variação, relacionados com física, engenharia e áreas afins, utilizando equações diferenciais.
  3. Elaborar projetos nas diversas áreas de engenharia a partir de soluções de equações diferenciais ordinárias.
  4. Representar funções que surgem na física, matemática e química como somas de séries para analisar fenômenos físicos.
  5. Solucionar uma equação diferencial em série de potência, a fim de analisar e resolver problemas de engenharia. Conteúdo
  6. Equações diferenciais ordinárias: definição; classificação quanto à ordem, grau e linearidade, solução - classificação (geral, particular e singular) e interpretação geométrica. Problemas de valor inicial (PVI).
  7. Equações diferenciais de 1ª ordem: existência e unicidade da solução de uma equação diferencial; tipos e soluções: equação diferencial a variáveis separadas, equação diferencial a variáveis separáveis e equação diferencial homogênea.
  8. Equações diferenciais de 1ª ordem: equação diferencial ordinária exata e equação diferencial ordinária linear - EDO linear homogênea e EDO linear não homogênea (solução pelo Método do Fator Integrante).
  9. Equações diferenciais ordinária não lineares que podem ser transformadas em equações

diferenciais ordinárias lineares: Equação de Bernoulli, Equação de Riccati, Equação de Clairaut e suas respectivas soluções.

  1. Aplicações das equações diferenciais ordinárias de primeira ordem a problemas geométricos, físicos, químicos e sociais: Lei de resfriamento de Newton; problemas de mistura; problemas de tangentes a uma curva; crescimento e decaimento populacional.
  2. Equação diferencial ordinária linear de segunda ordem homogênea com coeficientes constantes: definição, equação característica associada e solução, considerando as raízes da equação característica. Wronskiano. Conjunto fundamental de soluções.
  3. Equação diferencial ordinária linear de segunda ordem não homogênea com coeficientes constantes: definição, equação homogênea associada, solução geral como soma da solução geral da homogênea associada e da particular não homogênea.
  4. Transformada de Laplace: conceito e definições; vantagem para o uso; propriedades, teorema de translação e tabela; aplicação em análise funcional. Transformada inversa de Laplace: definição e propriedades.
  5. Resolução de equações diferenciais lineares com coeficientes constantes, usando a transfotmada de Laplace. Método das fracões parciais: fatores lineares não repetidos e repetidos e fatores lineares irredutíveis.
  6. Sequências: definição, limite, convergência e propriedades. Séries numéricas: definição, somas parciais, convergência, soma, propriedades e tipos especiais (série geométrica, série harmônica e série telescópica).
  7. Critérios de convergência de séries de termos negativos: definições; teste da divergência, teste da integral (p-série), teste da comparação, teste da comparação por limite, teste da razão e teste da raiz.
  8. Série de potências: definição, intervalo de convergência e raio de convergência de uma série de potência na vizinhança de um ponto, derivação e integração. Representação de funções como série de potência.
  9. Solução para uma equação diferencial em série de potência: pontos singulares e ordinários e relação de recorrência. Solução em torno de pontos ordinários não singulares. Existência de soluções em série de potência.
  10. Equações diferenciais em série de potência: pontos singulares regulares e irregulares (definição); solução em torno de pontos singulares regulares (método de Frobenius); equação indicial e expoentes (índices). Bibliografia Básica BOYCE, William E; DIPRIMA, Richard C. Equações diferenciais elementares e problemas de valores de contorno. Rio de Janeiro: LTC, 2015. BRONSON, Richard; COSTA, Gabriel. Equações diferenciais. Porto Alegre: Bookman, 2008. ZILL, Dennis G. Equações diferenciais com aplicações em modelagem. São Paulo: Cengage Learning, 2002. Complementar ÇENGEL, Yunus A.; WILLIAM J. PALM. Equações diferenciais. Porto Alegre: AMGH, 2014. ZILL, Dennis G.; CULLEN, Michael R. Equações diferenciais. São Paulo: Pearson Addison Wesley, 2001. v. 1. DIACU, Florin. Introdução a equações diferenciais: teoria e aplicações. Rio de Janeiro: LTC,

NAGLE, R. Kent; SAFF, E. B.; SNIDER, Arthur David. Equações diferenciais. São Paulo: